JP2643445B2 - High frequency heating equipment - Google Patents

High frequency heating equipment

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JP2643445B2
JP2643445B2 JP12692889A JP12692889A JP2643445B2 JP 2643445 B2 JP2643445 B2 JP 2643445B2 JP 12692889 A JP12692889 A JP 12692889A JP 12692889 A JP12692889 A JP 12692889A JP 2643445 B2 JP2643445 B2 JP 2643445B2
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直芳 前原
大介 別荘
孝広 松本
慈 楠木
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電子レンジ等の高周波加熱装置の改良に関
し、さらに詳しく言えば、そのマグネトロンの電源回路
に半導体スイッチ素子を用いたところのいわゆるマグネ
トロン用インバータ電源装置の改良に関するものであ
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a high-frequency heating device such as a microwave oven, and more specifically, to a so-called magnetron inverter power supply using a semiconductor switch element in a power supply circuit of the magnetron. It relates to improvement of the device.

従来の技術 従来、この種の電源回路を用いた高周波加熱装置は、
種々のものが提案されているが、中でも代表的なもの
は、第5図に示すような並列共振回路を有する電圧共振
型インバータ回路である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a high-frequency heating device using a power supply circuit of this kind
Although various types have been proposed, a typical one is a voltage resonance type inverter circuit having a parallel resonance circuit as shown in FIG.

この回路は、商用電源1のブリッジダイオード2、イ
ンダクタ3、コンデンサ4で整流し、脈流の直流電圧源
(電源回路)を形成すると共に、共振コンデンサ5、共
振インダクタを兼用した昇圧トランス6より成る並列共
振回路と、トランジスター7、ダイオード8により電圧
共振型インバータ回路を構成し、昇圧トランス6の高圧
出力をコンデンサ9、ダイオード10,11にて整流してマ
グネトロン12に供給するものである。なお、13,14,15
は、それぞれ昇圧トランス6の一次、二次およびヒータ
巻き線であり、16はトランジスタ7を駆動する制御回路
である。
This circuit rectifies by a bridge diode 2, an inductor 3, and a capacitor 4 of a commercial power supply 1 to form a pulsating DC voltage source (power supply circuit), and includes a resonance capacitor 5, and a step-up transformer 6 also serving as a resonance inductor. A voltage resonance type inverter circuit is constituted by the parallel resonance circuit, the transistor 7 and the diode 8, and the high voltage output of the step-up transformer 6 is rectified by the capacitor 9 and the diodes 10 and 11 and supplied to the magnetron 12. 13,14,15
Are the primary, secondary and heater windings of the step-up transformer 6, respectively, and 16 is a control circuit for driving the transistor 7.

この電源回路において、トランジスタ7は制御回路16
により、いわゆるパルス幅制御によりその導通時間Ton
を制御される(Ton′の制御により、実質的にTonを制御
される)。すなわち、第6図(a)のようなゲート信号
VGEにより、同図(C)のような電圧波形VCEでトラン
ジスタ7、ダイオード8によるスイッチング動作が行わ
れる。TOFFは並列共振回路の回路定数で決定され、一
方、インバータ回路によって変換される電力の大きさは
TONによって決定されるので、マグネトロン12への供給
電力の大きさは、TONによって決まり、インバータ回路
の動作周波数が低くなるほどマグネトロン12への供給電
力が大きくなる。制御回路16は、このTONを制御するこ
とでマグネトロン12の出力の大きさの調節や電源電圧変
動等に対する出力の安定化を行うものである。
In this power supply circuit, the transistor 7 is connected to the control circuit 16
The conduction time Ton by the so-called pulse width control
(Ton 'is controlled substantially by the control of Ton'). That is, the switching operation by the transistor 7 and the diode 8 is performed by the gate signal VGE as shown in FIG. 6 (a) and the voltage waveform VCE as shown in FIG. 6 (C). TOFF is determined by the circuit constant of the parallel resonance circuit, while the amount of power converted by the inverter circuit is determined by TON. Therefore, the amount of power supplied to the magnetron 12 is determined by TON, and The power supplied to the magnetron 12 increases as the operating frequency decreases. The control circuit 16 controls the TON to adjust the magnitude of the output of the magnetron 12 and to stabilize the output against fluctuations in the power supply voltage.

発明が解決しようとする課題 このトランジスタ7のスイッチング状態は、理想的に
は第6図(b)のような波形であるけれども、実際には
第7図のようなスイッチング波形をしている。すなわ
ち、同図(a)のように、時刻t−t1において、ゲート
電圧VGEが0Vになると、トランジスタ7のコレクタ電流
ICは急激に減少する。そしてコレクターエミッタ間の電
圧VCEが共振波形を描いて同図(b)のように上昇す
る。ところが、大きな電力(例えば1KW程度以上)を扱
うスイッチング回路においては、トランジスタなどの半
導体スイッチング素子が理想的スイッチング動作を実現
することは不可能であり、実際にコレクタ電流が零にな
るのは、t=t3の時刻になってしまう。特に、半導体ス
イッチ素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
のようなテール電流(Ita)が比較的大きいスイッチン
グ素子を用いた場合などは、とりわけテール電流による
ターンオフ時のスイッチングロスがかなり目立ったもの
となる。
Problems to be Solved by the Invention The switching state of the transistor 7 ideally has a waveform as shown in FIG. 6B, but actually has a switching waveform as shown in FIG. That is, as shown in FIG. (A), at time t-t 1, the gate voltage VGE becomes to 0V, and the collector current of the transistor 7
IC decreases rapidly. Then, the voltage VCE between the collector and the emitter rises as shown in FIG. However, in a switching circuit that handles a large amount of power (for example, about 1 kW or more), it is impossible for a semiconductor switching element such as a transistor to realize an ideal switching operation. = become the time of t 3. In particular, when a switching element having a relatively large tail current (Ita) such as an insulated gate bipolar transistor is used as a semiconductor switching element, the switching loss at the time of turn-off due to the tail current becomes particularly noticeable.

特に、スイッチング周波数を高くすることにより、電
源装置のさらなる小型化を進める場合、このスイッチン
グロスのためにトランジスタ7の損失が課題なものとな
り実用的な最高スイッチング周波数が制限されるを得な
かった。発明者等の実験によれば、インバータ回路によ
る変換電力を1KWとし、十分な放熱条件(実質上、無限
大放熱板とみなせる放熱器に絶縁ゲート型バイポーラト
ランジスタを取りつけ、強制冷却する条件)下におい
て、インバータの動作周波数f0を上昇させていくと、第
8図に示すように、約70kHz〜80kHzにおいて熱暴走を起
こし、破壊に至る事がわかった。これは、いわゆるテー
ル電流Itaの流れている時間(Δt=t3−t2)が、常温
でも1〜2μsであり、しかもこの時間Δtが正の温度
係数を持っているため、過大な損失が生じるとその結果
として生じる温度上昇で暴走に至るのである。従って、
トランジスタ7のパッケージやチップの大きさによって
も、この動作周波数限界は変化するけれども、経済的設
計条件を重視すれば、約70kHz〜80kHzに動作周波数限界
が存在すると考えられ、これ以上の他界周波数で動作す
るインバータ電源装置を実現することは困難であった。
In particular, in the case where the power supply device is further downsized by increasing the switching frequency, the loss of the transistor 7 becomes a problem due to the switching loss, and the practical maximum switching frequency cannot be limited. According to the experiments by the inventors, the conversion power of the inverter circuit was set to 1 KW, and under sufficient heat radiation conditions (conditions for mounting an insulated gate bipolar transistor on a radiator that can be regarded as an infinite heatsink and forcibly cooling) As shown in FIG. 8, when the operating frequency f0 of the inverter was increased, it was found that thermal runaway occurred at about 70 kHz to 80 kHz, leading to destruction. This is because the time during which the so-called tail current Ita flows (Δt = t 3 −t 2 ) is 1 to 2 μs even at room temperature, and since this time Δt has a positive temperature coefficient, excessive loss occurs. If it does, the resulting temperature rise will lead to runaway. Therefore,
Although this operating frequency limit varies depending on the size of the package of the transistor 7 and the size of the chip, if economical design conditions are emphasized, it is considered that the operating frequency limit exists at about 70 kHz to 80 kHz. It has been difficult to realize a working inverter power supply.

このため、100kHz以上の高い周波数で動作するインバ
ータ回路を実現して、電源装置をより小型・軽量・低コ
ストにすることができず、従来より大幅にコンパクトで
低コストな電源装置を提供することが困難であった。
For this reason, an inverter circuit that operates at a high frequency of 100 kHz or higher cannot be realized, and the power supply cannot be made smaller, lighter, and lower in cost. Was difficult.

本発明は、このような従来の課題を解決するもので、
低コストの電源装置を有する高周波加熱装置を提供する
ものである。
The present invention solves such a conventional problem,
An object of the present invention is to provide a high-frequency heating device having a low-cost power supply device.

課題を解決するための手段 このような従来の技術の課題を解決するために、本発
明は以下に述べる構成より成るものである。
Means for Solving the Problems In order to solve the problems of the related art, the present invention has the following configuration.

すなわち、商用電源やバッテリー等より得られる電源
部と、自己転流機能を有する半導体スイッチ素子と、共
振コンデンサおよび共振インダクタより成る直列共振回
路と、前記直列共振回路の共振電圧を昇圧しマグネトロ
ンに供給する昇圧トランスと、前記半導体スイッチを制
御する制御部とを備え、前記制御部を、前記直列共振回
路の共振周波数より低い周波数で発振する発振器と、前
記発振器の信号を受け前記半導体スイッチの導通時間を
計数するタイマー回路と、前記タイマー回路の信号で前
記半導体スイッチ素子を駆動する出力回路とで構成する
と共に、前記導通時間が、前記直列共振回路の共振電流
の半周期より長く、かつ、一周期より短くなるよう構成
したものである。
That is, a power supply unit obtained from a commercial power supply or a battery, a semiconductor switch element having a self-commutation function, a series resonance circuit including a resonance capacitor and a resonance inductor, and boosting the resonance voltage of the series resonance circuit to supply the boosted voltage to the magnetron A step-up transformer, and a control unit that controls the semiconductor switch. The oscillator that oscillates at a frequency lower than the resonance frequency of the series resonance circuit, and a conduction time of the semiconductor switch that receives a signal from the oscillator , And an output circuit that drives the semiconductor switch element with a signal from the timer circuit, and the conduction time is longer than a half cycle of the resonance current of the series resonance circuit, and one cycle. It is configured to be shorter.

また、半導体スイッチ素子の逆バイアス状態を検出す
る逆バイアス検知回路を設け、この逆バイアス検知回路
の出力で出力回路の出力パルスを遮断する構成としたも
のである。
Further, a reverse bias detection circuit for detecting a reverse bias state of the semiconductor switch element is provided, and an output pulse of the output circuit is cut off by an output of the reverse bias detection circuit.

さらにまた、昇圧トランスの出力を整流するダイオー
ドを設け、このダイオードの整流出力をマグネトロンに
供給する構成とするとと共に、前記ダイオードに流れる
電流を検知するダイオード電流検知手段と、このダイオ
ード電流検知手段の出力を設定値と比較し、その誤差信
号により発振器の発振器周波数を制御する誤差増幅制御
回路とを設け、前記ダイオード電流があらかじめ定めら
れた所定値となるよう前記発振器を制御する構成とした
ものである。
Further, a diode for rectifying the output of the step-up transformer is provided, and the rectified output of the diode is supplied to the magnetron. A diode current detecting means for detecting a current flowing through the diode, and an output of the diode current detecting means is provided. Is compared with a set value, and an error amplification control circuit that controls the oscillator frequency of the oscillator based on the error signal is provided, and the oscillator is controlled so that the diode current becomes a predetermined value. .

作用 上記構成により、本発明は以下に述べる作用を有する
ものである。
Operation With the above configuration, the present invention has the operation described below.

すなわち、直列共振回路と半導体スイッチ素子とで電
力変換回路を構成し、制御部に設けたタイマー回路で共
振周期の半周期と一周期の間の時間幅の駆動パルスを自
己転流機能を有する前記半導体スイッチ素子に供給する
構成により、半導体スイッチ素子に流れる電流が実質上
零の状態でこれをターンオフすることが可能な電力変換
回路を実現でき、半導体スイッチ素子のスイッチング損
失を著しく軽減し、従来の技術によるよりも一桁高い周
波数で動作せしめ、かつ、自己転流機能を有する前記半
導体スイッチ素子を確実にオン、オフ制御することが可
能である。
That is, a power conversion circuit is configured by the series resonance circuit and the semiconductor switch element, and the timer circuit provided in the control unit has a self-commutation function in which a drive pulse having a time width between a half cycle and a single resonance cycle is provided. With the configuration for supplying to the semiconductor switching element, it is possible to realize a power conversion circuit capable of turning off the semiconductor switching element in a state where the current flowing through the semiconductor switching element is substantially zero. It is possible to operate at a frequency one digit higher than that of the technology and to control ON / OFF of the semiconductor switching element having the self-commutation function without fail.

また、半導体スイッチ素子の逆バイアス状態を検出し
て出力回路の出力パルスを遮断する構成により、マグネ
トロンやコンデンサ、インダクタの温度特性等により直
列共振回路の定数が大きく変化した場合であっても、確
実に、共振周期の半周期と一周期の間の時間幅の駆動パ
ルスを自己転流機能を有する前記半導体スイッチ素子に
供給することができ、いかなる場合でも半導体スイッチ
素子に流れる電流が実質上零の状態でこれをターンオフ
することが可能な電力変換回路を実現でき、上述した作
用を実現できる。
Also, by detecting the reverse bias state of the semiconductor switch element and cutting off the output pulse of the output circuit, even if the constant of the series resonance circuit greatly changes due to the temperature characteristics of the magnetron, capacitor, inductor, etc. In addition, a drive pulse having a time width between a half cycle and one cycle of the resonance cycle can be supplied to the semiconductor switching element having a self-commutation function, and in any case, the current flowing through the semiconductor switching element is substantially zero. A power conversion circuit that can be turned off in a state can be realized, and the above-described operation can be realized.

さらにまた、昇圧トランスの出力整流ダイオードに流
れる電流を検知し、この検知信号と設定値との誤差信号
により発振器の発振周波数をフィードバック制御する構
成により、上記電力変換回路の出力を安定化し、結果と
してマグネトロンの高周波出力を電源電圧変動などに対
して安定化することができる。
Furthermore, by detecting the current flowing through the output rectifier diode of the step-up transformer and performing feedback control on the oscillation frequency of the oscillator based on the error signal between the detection signal and the set value, the output of the power conversion circuit is stabilized. The high frequency output of the magnetron can be stabilized against power supply voltage fluctuations and the like.

実施例 以下、本発明の実施例について図面と共に説明する。
第1図は発明の一実施例を示す高周波加熱装置の回路図
であり、第5図と同符号のものは相当する構成要素であ
る。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram of a high-frequency heating device showing one embodiment of the invention, and the components having the same reference numerals as those in FIG. 5 are the corresponding components.

商用電源1の出力はダイオードブリッジ2により整流
されて、全波整流様の電圧波形出力となる。この出力
は、定電流電源の作用を果たすインダクタ17、コンデン
サ18、昇圧トランス19より成る直列共振回路、および絶
縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)7とダイオ
ード8とより成るスイッチング回路、抵抗器20とコンデ
ンサ21より成るスナバー回路により構成される電力変換
回路(インバータ)に供給され、100〜300kHzの高周波
電力に変換される。この高周波電力は昇圧トランス19の
一次巻き線22に高周波電圧として発生するので、二次巻
き線23およびヒータ巻き線24には、それぞれ高周波高電
圧および高周波低電圧電力が誘起され、高周波高電圧は
ダイオード25,26、コンデンサ27,28により整流されてマ
グネトロン12に直流電圧電力が供給され、一方、高周波
低圧電力電力はそのままマグネトロン12のカソードに供
給され、カソードを加熱する。このIGBT7とダイオード
8に流れる電流波形および電圧波形は、それぞれ第2図
(a),(b)のようになる。後述する制御部29により
IGBT7は、同図(c)のゲート電圧波形VGEにより駆動
される。
The output of the commercial power supply 1 is rectified by the diode bridge 2 to be a full-wave rectification-like voltage waveform output. This output is a series resonance circuit consisting of an inductor 17 acting as a constant current power supply, a capacitor 18, a step-up transformer 19, a switching circuit consisting of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) 7 and a diode 8, a resistor 20 and a capacitor. The power is supplied to a power conversion circuit (inverter) composed of a snubber circuit composed of 21 and is converted into high-frequency power of 100 to 300 kHz. Since this high-frequency power is generated as a high-frequency voltage in the primary winding 22 of the step-up transformer 19, high-frequency high-voltage and high-frequency low-voltage power are induced in the secondary winding 23 and the heater winding 24, respectively. The DC voltage power is supplied to the magnetron 12 after being rectified by the diodes 25 and 26 and the capacitors 27 and 28, while the high-frequency low-voltage power is directly supplied to the cathode of the magnetron 12 to heat the cathode. Current waveforms and voltage waveforms flowing through the IGBT 7 and the diode 8 are as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), respectively. By the control unit 29 described later
The IGBT 7 is driven by the gate voltage waveform VGE shown in FIG.

制御部29はリレー等のスイッチ30が閉成されると、抵
抗器31、ダイオード32、コンデンサ33、ゼナダイオード
34より成る制御電源の形成により作動開始する。電圧制
御発振器35が起動し、その出力はタイマー回路36を付勢
する。タイマー回路36は、例えばリセット端子付きの単
安定マルチバイブレータで容易に構成でき、電圧制御発
振器35は、電圧制御端子付きの無安定マルチバイブレー
タで簡単に実現できる。タイマー回路36の出力は出力回
路37に送られてインピーダンス変換されてからIGBT7に
抵抗器38を介して供給される。第2図を参照すれば明ら
かなように、ゲートパルスVGEがIGBT7に供給されると
そのコレクター電流Icが図のように共振的に流れ始め
る。t1時間が経過するとIcは零となり、次にはダイオー
ド電流Idが流れ、このIdもt2時間後には零になる。IGBT
7を駆動するゲートパルス電圧VGEはこのt1よりも長
く、かつ、t2よりも短いパルス幅tonであることが、IG
BT7の安全動作上極めて重要である。もし、tonがt1
りも短ければ、Icが流れている期間にIGBT7をオフする
ことになり、従来の技術と同様に大きなターンオフ損失
を生じてしまう。逆に、t2よりも長ければ、いわゆる転
流失敗現象を引き起こし、IGBT7には短絡電流が流れ破
壊してしまう結果となる。すなわち、IGBTのような自己
転流機能を有するスイッチング素子を用いる場合、その
導通時間tonが共振回路の共振周期t2よりも短く、か
つ、共振半周期t1よりも長いという条件は、安全で確実
な動作を保証し、しかも、高効率で高周波動作するため
には、極めて重要でかつ不可欠なものである。
When the switch 30 such as a relay is closed, the control unit 29 outputs a resistor 31, a diode 32, a capacitor 33, and a zener diode.
Operation is started by the formation of a control power supply consisting of 34. The voltage controlled oscillator 35 is activated, and its output activates the timer circuit 36. The timer circuit 36 can be easily constituted by, for example, a monostable multivibrator having a reset terminal, and the voltage controlled oscillator 35 can be easily realized by an astable multivibrator having a voltage control terminal. The output of the timer circuit 36 is sent to the output circuit 37 and subjected to impedance conversion, and then supplied to the IGBT 7 via the resistor 38. As is apparent from FIG. 2, when the gate pulse VGE is supplied to the IGBT 7, the collector current Ic thereof starts to flow in a resonant manner as shown in FIG. t 1 hour has passed Ic becomes zero, the next diode current Id flows, the Id also becomes zero to 2 hours after t. IGBT
The gate pulse voltage VGE for driving the 7 longer than the t 1, and that a short pulse width ton than t 2, IG
It is extremely important for the safe operation of BT7. If shorter than ton is t 1, will be off the IGBT7 the period when Ic is flowing, occurs a large turn-off loss as in the conventional art. Conversely, if it is longer than t 2 , a so-called commutation failure phenomenon is caused, resulting in a short-circuit current flowing through the IGBT 7 and destroying it. Specifically, when using a switching element having a self-commutation feature, such as IGBT, shorter than the resonant period t 2 of the conduction time ton resonant circuit, and a long as conditions than the resonance half period t 1 is safe It is extremely important and indispensable to ensure reliable operation and operate at high efficiency and high frequency.

第1図における逆バイアス検知回路3は、第2図にお
いて、Idが流れ始める時点(t1時間経過後)を検出し、
Δt時間の遅延後出力パルスVGEを遮断するべく、タイ
マー回路36をリセットするものである。この逆バイアス
検知回路39により、マグネトロン12、コンデンサ18、ト
ランス19などの特性が大きく変化し、直列共振回路の回
路定数が変わっても、ゲートパルスVGEのパルス幅(す
なわち、導通時間)tonは、常にt1よりも長く、かつ、
t2よりも短いという条件を満たすことができ、安定で低
損失なスイッチング動作を実現することができる。もち
ろん、逆バイアス検知回路39は必ずしも必要であるとは
限らない。例えば、前述したマグネトロン12、コンデン
サ18、トランス19などの特性の変化による直列共振回路
の回路定数の変動範囲が比較的小さいときは、あらかじ
めタイマー回路36のカウント時間を第2図の導通時間t
onとなるように設定しておけば、多少の直列共振回路の
回路定数の変動があっても、Idが流れている期間(すな
わち、Icが零になり、かつ、VCEが零の期間)にゲート
パルスVGEをオフすることができる。従って、この場合
は単なる単安定マルチバイブレータのようなタイマー回
路36のみでよいことになり、簡単で安価な構成とするこ
とができる。
The reverse bias detection circuit 3 in FIG. 1 detects the point in time at which Id starts to flow (after elapse of time t 1 ) in FIG.
The timer circuit 36 is reset so as to cut off the output pulse VGE after a delay of Δt. Due to the reverse bias detection circuit 39, even if the characteristics of the magnetron 12, the capacitor 18, the transformer 19, etc. are greatly changed and the circuit constant of the series resonance circuit is changed, the pulse width (that is, conduction time) ton of the gate pulse VGE is Always longer than t 1 and
The condition of being shorter than t 2 can be satisfied, and a stable and low-loss switching operation can be realized. Of course, the reverse bias detection circuit 39 is not always necessary. For example, when the variation range of the circuit constant of the series resonance circuit due to the change in the characteristics of the magnetron 12, the capacitor 18, the transformer 19, etc. is relatively small, the count time of the timer circuit 36 is previously set to the conduction time t in FIG.
If it is set to be on, even if there is some variation in the circuit constant of the series resonance circuit, during the period when Id is flowing (that is, the period when Ic is zero and VCE is zero) The gate pulse VGE can be turned off. Therefore, in this case, only the timer circuit 36 such as a simple monostable multivibrator is required, and a simple and inexpensive configuration can be achieved.

40は、カレントトランスであり、ダイオード26に流れ
る電流を検知するためのものである。このダイオード電
流は、マグネトロン12に流れるアノード電流(電波出力
に比例)の約半分であるので、少ない電流検出でアノー
ド電流に相当する信号を得られる。従って、小型のカレ
ントトランスを利用できる。このカレントトランス40の
出力は誤差増幅器41に送られ、誤差増幅器41は電圧制御
発振器35の発振周波数をカレントトランス40の出力が設
定値になるよう制御する。すなわち、カレントトランス
40の出力が設定値より小さいと誤差増幅器41は電圧制御
発振器35の発振周波数を高くするよう制御し、逆に、出
力が設定値より大きいと発振周波数を低くするようにい
わゆる負帰還制御する。誤差増幅器41は、よく知られて
いる演算増幅器を用いれば極めて簡単に実現できる。こ
のようにダイオード電流を検出して負帰還制御すること
により、商用電源の電圧変動などに対する電波出力の安
定化を容易に実現することが可能である。
Reference numeral 40 denotes a current transformer for detecting a current flowing through the diode 26. Since this diode current is about half of the anode current (proportional to the radio wave output) flowing through the magnetron 12, a signal corresponding to the anode current can be obtained with a small amount of current detection. Therefore, a small current transformer can be used. The output of the current transformer 40 is sent to the error amplifier 41, which controls the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 35 so that the output of the current transformer 40 becomes a set value. That is, the current transformer
When the output of 40 is smaller than the set value, error amplifier 41 controls so as to increase the oscillation frequency of voltage-controlled oscillator 35, and conversely, when the output is larger than the set value, performs so-called negative feedback control so as to decrease the oscillation frequency. The error amplifier 41 can be realized very easily by using a well-known operational amplifier. By detecting the diode current and performing negative feedback control in this way, it is possible to easily realize stabilization of the radio wave output with respect to the fluctuation of the voltage of the commercial power supply.

以上のような構成により、従来困難であった約一桁高
い周波数での動作が可能なインバータ回路を実現するこ
とができる。例えば、従来のインバータ回路(第5図)
を用いて1KWの電力を変換する場合には、1〜2μsの
テール電流を生じるIGBT7を用いても、本発明の構成に
より、約100kHz〜300kHzの高周波動作を実現し、著しい
電源装置の小型化、軽量化を可能とし、その結果、大幅
な低コスト化を達成することができる。
With the above configuration, it is possible to realize an inverter circuit that can operate at a frequency that is about one digit higher, which has been difficult in the past. For example, a conventional inverter circuit (FIG. 5)
In the case of converting 1KW power using the IGBT7, even when using the IGBT7 that generates a tail current of 1 to 2 μs, the configuration of the present invention realizes a high-frequency operation of about 100 kHz to 300 kHz and significantly reduces the size of the power supply device. Thus, the weight can be reduced, and as a result, a significant cost reduction can be achieved.

第3図は第1図における逆バイアス検知回路39のさら
に詳しい一実施例である。
FIG. 3 is a more detailed embodiment of the reverse bias detection circuit 39 in FIG.

第3図は第1図における逆バイアス検知回路39のさら
に詳しい一実施例である。
FIG. 3 is a more detailed embodiment of the reverse bias detection circuit 39 in FIG.

第3図において、第1図と同符号は相当する構成要素
であり、IGBT7のコレクタ端子43と、エミッタ端子44の
両端子間電圧(すなわち、ダイオード8の両端子間電
圧)は、抵抗器44を介してコンパレータ45に供給されて
いる。
In FIG. 3, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote corresponding components, and the voltage between both terminals of the collector terminal 43 and the emitter terminal 44 of the IGBT 7 (that is, the voltage between both terminals of the diode 8) is equal to that of the resistor 44. Is supplied to the comparator 45 via the.

コンパレータ45の出力は抵抗器46およびコンデンサ47
より成る遅延回路を介してタイマー回路36のリセット端
子Rに接続されているので、IGBT7が逆バイアスされる
と所定の遅延時間Δtだけ遅れてタイマー回路36がリセ
ットされる。従って、第2図に示したように、Idが流れ
ている期間、すなわちIGBT7が逆バイアスを受けている
期間にゲートパルスVGEは終了し、IGBT7はそのターン
オフ損失を極めて小さなものとすることができる。な
お、48はコンパレータ45への入力電圧を制限するための
保護用ゼナーダイオードである。
The output of the comparator 45 is a resistor 46 and a capacitor 47
Is connected to the reset terminal R of the timer circuit 36 via the delay circuit constituted by the delay circuit, the timer circuit 36 is reset with a delay of a predetermined delay time Δt when the IGBT 7 is reverse biased. Therefore, as shown in FIG. 2, the gate pulse VGE ends during the period when Id is flowing, that is, during the period when the IGBT 7 is reverse-biased, and the turn-off loss of the IGBT 7 can be made extremely small. . Reference numeral 48 denotes a protective zener diode for limiting the input voltage to the comparator 45.

第4図は制御回路29のさらに詳しい一実施例であり、
第1図と同符号のものは相当する構成要素である。
FIG. 4 is a more detailed embodiment of the control circuit 29,
Those having the same reference numerals as those in FIG. 1 are the corresponding components.

図において、カレントトランス40の出力はダイオード
49、コンデンサ50、抵抗器51により電圧に変換され、オ
ペレーショナルアンプリファイアー52、基準電圧53,5
4、抵抗器57〜58よりなる誤差増幅器により誤差増幅さ
れて発振器59(NE555タイマー用IC)の発振周波数制御
端子6に送られる。60,61は抵抗器、62はコンデンサで
ある。周知の如く、これらの定数と端子6への入力電圧
により発振周波数が決まるものである。この発振器59の
出力は、抵抗器63およびコンデンサ64の時定数により定
まる時間のパルスを発生する単安定マルチバイブレータ
65(NE555タイマー用IC)に送られるよう構成されてい
る。従って、発振器59の発振周波数に応じた周波数であ
って、かつ、単安定マルチバイブレータ65により定まる
パルス幅の出力パルスが単安定マルチバイブレータ65か
らCMOSバッファ66に出力される。CMOSバッファ66の出力
は、IGBT7のゲートに供給されるよう構成されているの
で、IGBT7はカレントトランス40により検出されたダイ
オード26に流れる電流が基準電圧53により設定された値
になるよう、そのスイッチング周波数を制御される。67
はコンデンサである。
In the figure, the output of the current transformer 40 is a diode
49, Capacitor 50, Resistor 51 Converts to voltage, Operational Amplifier 52, Reference Voltage 53,5
4. The error is amplified by an error amplifier composed of resistors 57 to 58 and sent to an oscillation frequency control terminal 6 of an oscillator 59 (NE555 timer IC). 60 and 61 are resistors, and 62 is a capacitor. As is well known, the oscillation frequency is determined by these constants and the input voltage to the terminal 6. The output of the oscillator 59 is a monostable multivibrator that generates a pulse for a time determined by the time constant of the resistor 63 and the capacitor 64.
65 (NE555 timer IC). Therefore, an output pulse having a frequency corresponding to the oscillation frequency of the oscillator 59 and having a pulse width determined by the monostable multivibrator 65 is output from the monostable multivibrator 65 to the CMOS buffer 66. Since the output of the CMOS buffer 66 is configured to be supplied to the gate of the IGBT 7, the switching of the IGBT 7 is performed so that the current flowing through the diode 26 detected by the current transformer 40 becomes the value set by the reference voltage 53. The frequency is controlled. 67
Is a capacitor.

以上のように、極めて簡単な構成の制御回路により、
ダイオード26に流れる電流を一定に保つことができ、従
って、マグネトロン12に流れる電流も一定に制御される
のでその電波出力もほぼ一定に制御することができる。
As described above, the control circuit with a very simple configuration
The current flowing through the diode 26 can be kept constant, and therefore, the current flowing through the magnetron 12 is also controlled to be constant, so that its radio wave output can be controlled to be substantially constant.

発明の効果 以上のように本発明によれば、商用電源やバッテリー
等より得られる電源部と、自己転流機能を有する半導体
スイッチ素子と、共振コンデンサおよび共振インダクタ
より成る直列共振回路と、前記直列共振回路の共振電圧
を昇圧しマグネトロンに供給する昇圧トランスと、前記
半導体スイッチを制御する制御部とを備え、前記制御部
を、前記直列共振回路の共振周波数より低い周波数で発
振する発振器と、前記発振器の信号を受け前記半導体ス
イッチの導通時間を計数するタイマー回路と、前記タイ
マー回路の信号で前記半導体スイッチ素子を駆動する出
力回路とで構成すると共に、前記導通時間が、前記直列
共振回路の共振電流の半周期より長く、かつ、一周期よ
り短くなるよう構成したので、半導体スイッチ素子に流
れる電流が実質上零の状態でこれをターンオフすること
が可能な電流変換回路を実現でき、半導体スイッチを素
子のスイッチング損失を著しく軽減し、従来の技術によ
るよりも一桁高い周波数で動作せしめ、かつ、自己転流
機能を有する前記半導体スイッチ素子を確実にオン、オ
フ制御することを可能ならしめるものである。従って、
経済的設計条件を満たしつつ、100kHz以上の高い周波数
で動作するインバータ回路を実現して、電源装置をより
小型・軽量・低コストにすることができ、従来より大幅
にコンパクトで低コストな電源装置を提供することがで
きる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, a power supply unit obtained from a commercial power supply or a battery, a semiconductor switch element having a self-commutation function, a series resonance circuit including a resonance capacitor and a resonance inductor, An oscillator for boosting a resonance voltage of a resonance circuit and supplying the boosted transformer to a magnetron, and a control unit for controlling the semiconductor switch, wherein the control unit oscillates at a frequency lower than a resonance frequency of the series resonance circuit; A timer circuit that receives a signal from an oscillator and counts a conduction time of the semiconductor switch; and an output circuit that drives the semiconductor switch element with a signal from the timer circuit, wherein the conduction time is equal to a resonance of the series resonance circuit. The current flowing through the semiconductor switch element is longer than half the current and shorter than one cycle. Can realize a current conversion circuit that can be turned off in a state of substantially zero, significantly reducing the switching loss of the device, operating the semiconductor switch at an order of magnitude higher frequency than the conventional technology, and The semiconductor switching element having the self-commutation function can be reliably turned on and off. Therefore,
Realizing an inverter circuit that operates at a high frequency of 100 kHz or higher while meeting economical design conditions, making it possible to reduce the size, weight, and cost of the power supply unit. Can be provided.

また、半導体スイッチ素子の逆バイアス状態を検出し
て出力回路の出力パルスを遮断する構成により、マグネ
トロンやコンデンサ、インダクタの温度特性等により直
列共振回路の定数が大きく変化した場合であっても、確
実に共振周期の半周期と一周期の間の時間幅の駆動パル
スを自己転流機能を有する前記半導体スイッチ素子に供
給することができ、いかなる場合でも半導体スイッチ素
子に流れる電流が実質上零の状態でこれをターンオフす
ることが可能な電力変換回路を実現でき、環境条件や製
造条件の変動に対しても十分に高い性能安定性を保証す
ることができ、かつ、上述した電源装置のより小型・軽
量・低コスト化、およびコンパクト化を実現することが
できる。
Also, by detecting the reverse bias state of the semiconductor switch element and cutting off the output pulse of the output circuit, even if the constant of the series resonance circuit greatly changes due to the temperature characteristics of the magnetron, capacitor, inductor, etc. A drive pulse having a time width between a half cycle of the resonance cycle and one cycle can be supplied to the semiconductor switching element having a self-commutation function, and in any case, the current flowing through the semiconductor switching element is substantially zero. It is possible to realize a power conversion circuit capable of turning off the power supply circuit, to ensure sufficiently high performance stability against fluctuations in environmental conditions and manufacturing conditions, and to reduce the size and size of the power supply device described above. Light weight, low cost, and compactness can be realized.

さらにまた、昇圧トランスの出力整流ダイオードに流
れる電流を検知し、この検知信号と設定値との誤差信号
により発振器の発振周波数をフィードバック制御する構
成により、上記電力変換回路の出力を安定化し、結果と
してマグネトロンの高周波出力を電源電圧変動などに対
して安定化することができ、しかも上述した小型・軽量
・低コスト化、およびコンパクト化を大幅に推進した電
源装置を提供することができる。
Furthermore, by detecting the current flowing through the output rectifier diode of the step-up transformer and performing feedback control on the oscillation frequency of the oscillator based on the error signal between the detection signal and the set value, the output of the power conversion circuit is stabilized. It is possible to provide a power supply device that can stabilize the high-frequency output of the magnetron against fluctuations in power supply voltage and the like, and that has greatly promoted the above-described small size, light weight, low cost, and compactness.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の回
路図、第2図(a),(b),(c)は、それぞれ同装
置の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレクタ電
流Icの波形図、コレクタ電圧VCEの波形図、およびゲー
ト電圧VGEの波形図、第3図は同装置の逆バイアス検知
回路39のさらに詳しい一実施例の回路図、第4図は同装
置の制御部(制御回路)29のさらに詳しい一実施例の回
路図、第5図は従来の高周波加熱装置の回路図、第6図
(a),(b),(c)は、それぞれ同装置の絶縁ゲー
ト型バイポーラトランジスタのゲート電圧波形図、コレ
クタ電流波形図、およびコレクタ電圧波形図、第7図
(a)および(b)は、それぞれ同装置の絶縁ゲート型
バイポーラトランジスタのコレクタ電流とダイオード電
流の詳細な合成波形図、およびコレクタ電圧波形図、第
8図は同装置におけるトランジスタのコレクタ温度の上
昇値と動作周波数の関係を示す特性図である。 1,2……電源部(1……商用電源、2……ダイオードブ
リッジ)、7……半導体スイッチ素子、18,22……直列
共振回路(18……共振コンデンサ、22……昇圧トラン
ス)、22……昇圧トランス、25,26……ダイオード、29
……制御部、35……発振器、36……タイマー回路、37…
…出力回路、39……逆バイアス検知回路、40……ダイオ
ード電流検知手段、41……誤差増幅制御回路。
FIG. 1 is a circuit diagram of a high-frequency heating device showing one embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a), 2 (b) and 2 (c) show the collector current Ic of an insulated gate bipolar transistor of the device, respectively. FIG. 3 is a waveform diagram, a waveform diagram of the collector voltage VCE, and a waveform diagram of the gate voltage VGE, FIG. 3 is a circuit diagram of a more detailed embodiment of the reverse bias detection circuit 39 of the device, and FIG. FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional high-frequency heating device, and FIGS. 6 (a), (b) and (c) are insulated gate type devices of the same device, respectively. FIGS. 7 (a) and 7 (b) show a gate voltage waveform diagram, a collector current waveform diagram, and a collector voltage waveform diagram of a bipolar transistor, respectively, showing a detailed synthesis of the collector current and the diode current of the insulated gate bipolar transistor of the same device. Waveform diagram, FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between a rise value of a collector temperature of a transistor and an operating frequency in the same device. 1,2 ... power supply section (1 ... commercial power supply, 2 ... diode bridge), 7 ... semiconductor switch element, 18, 22 ... series resonance circuit (18 ... resonance capacitor, 22 ... step-up transformer), 22 …… Step-up transformer, 25,26 …… Diode, 29
…… Control unit, 35 …… Oscillator, 36 …… Timer circuit, 37…
... output circuit, 39 ... reverse bias detection circuit, 40 ... diode current detection means, 41 ... error amplification control circuit.

フロントページの続き (72)発明者 楠木 慈 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−86692(JP,A)Continuation of the front page (72) Inventor: Tsuyoshi Kusunoki 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-62-86692 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】商用電源やバッテリー等より得られる電源
部と、自己転流機能を有する半導体スイッチ素子と、共
振コンデンサおよび共振インダクタより成る直列共振回
路と、前記直列共振回路の共振電圧を昇圧しマグネトロ
ンに供給する昇圧トランスと、前記半導体スイッチを制
御する制御部とを備え、前記制御部を、前記直列共振回
路の共振周波数より低い周波数で発振する発振器と、前
記発振器の信号を受け前記半導体スイッチの導通時間を
計数するタイマー回路と、前記タイマー回路の信号で前
記半導体スイッチ素子を駆動する出力回路とで構成する
と共に、前記導通時間が、前記直列共振回路の共振電流
の半周期より長く、かつ、一周期より短くなるよう構成
した高周波加熱装置。
1. A power supply section obtained from a commercial power supply or a battery, a semiconductor switch element having a self-commutation function, a series resonance circuit including a resonance capacitor and a resonance inductor, and boosting a resonance voltage of the series resonance circuit. An oscillator for oscillating at a frequency lower than a resonance frequency of the series resonance circuit; and an oscillator for oscillating the control unit at a frequency lower than a resonance frequency of the series resonance circuit. A timer circuit that counts the conduction time of the semiconductor circuit, and an output circuit that drives the semiconductor switch element with a signal of the timer circuit, and the conduction time is longer than a half cycle of the resonance current of the series resonance circuit, and , A high-frequency heating device configured to be shorter than one cycle.
【請求項2】半導体スイッチ素子の逆バイアス状態を検
出する逆バイアス検知回路を設け、この逆バイアス検知
回路の出力で出力回路の出力パルスを遮断する構成とし
た請求項(1)記載の高周波加熱装置。
2. The high-frequency heating device according to claim 1, further comprising a reverse bias detection circuit for detecting a reverse bias state of the semiconductor switch element, wherein an output pulse of the output circuit is cut off by an output of the reverse bias detection circuit. apparatus.
【請求項3】昇圧トランス出力を整流するダイオードを
設け、このダイオードの整流出力をマグネトロンに供給
する構成とすると共に、前記ダイオードに流れる電流を
検知するダイオード電流検知手段と、このダイオード電
流検知手段の出力を設定値と比較し、その誤差信号によ
り発振器の発振周波数を制御する誤差増幅制御回路とを
設け、前記ダイオード電流があらかじめ定められた所定
値となるよう前記発振器を制御する構成とした請求項
(1)記載の高周波加熱装置。
3. A diode for rectifying the output of a step-up transformer, a rectified output of the diode is supplied to a magnetron, a diode current detecting means for detecting a current flowing through the diode, and a diode current detecting means. An error amplification control circuit that compares an output with a set value and controls an oscillation frequency of the oscillator based on the error signal, and controls the oscillator so that the diode current has a predetermined value. The high-frequency heating device according to (1).
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